基于51单片机的太阳能草坪灯设计

        随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的安全环保新能源越来越受到重视。随之各类太阳能景观装饰产品也应运而生。太阳能草坪灯也将随着人们生活水平的提高和社会的不断发展，而被广泛地应用。本文就太阳能草坪灯的主要部件设计、选型等技术问题做一个探讨，并介绍一种基于51单片机的新型太阳能草坪灯的设计方案，见图1所示。


图1 太阳能草坪灯

1 太阳能电池的选择
1.1 类型
太能能电池是将太阳能转化为电能，较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池。
①单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光不是很充足的南方地区使用。
②多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用。
③非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外太阳光不足的地方使用。
1.2 工作电压
太阳能电池的工作电压为配套电池电压的1.5倍，才能保证给蓄电池正常充电。如给3.6 V蓄电池充电需要用4.0～5.4 V太阳能电池；给6 V蓄电池充电需要用8～9 V太阳能电池；给12 V蓄电池充电需要用15～18 V太阳能电池。
1.3 输出功率
太阳能电池的单位面积输出功率约为127 Wp/m2。太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照光源、线路传输部件所消耗的总功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜超过光源功率的3～5倍，光照丰富、开灯时短地区为(3～4)倍以上；反之为(4～5)倍以上。

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2 蓄电池的选择
蓄电池在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚需要照明的时候再释放出来。
2.1 类型选择
①铅酸(CS)蓄电池：使用于低温高倍率放电、能力偏低，目前大部分太阳能路灯采用。密封免维护、价格低。但要注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。
②镍镉(Ni—Cd)蓄电池：放电倍率高、低温性能
好、循环寿命长，小型系统采用，但应注意防止镉污染。
③镍氢(Ni-H)蓄电池：高倍率放电、低温性能好、价格便宜、无污染，为绿色环保电池。可为小型系统采用，这种产品宜大力提倡。
目前，广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。
2.2 蓄电池连接
并联连接时，要考虑各单体电池问的不平衡影响，并联组数不宜超过四组。安装时要注意，蓄电池的防盗问题。

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3 基于51单片机的新型太阳能草坪灯电路原理
图2中，U18051是一种8位元的单芯片微控制器，属于MCS-51单芯片的一种，由英特尔公司于1981年制造。U18051单芯片是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号，用以产生各种动作周期及同步信号。在U18051单片机中已内建时钟产生器，在使用时只需接上石英晶体谐振器(或其它振荡子)及电容，就可以让系统产生正确的时钟信号”。




图2中U2A为高精度、低功耗的电压比较器LM393A，C6为蓄电池、BT1为太阳能电池板。当有太阳光照射到太阳能电池板BT1上时，太阳能电池BT1两端的电压升高，给蓄电池C6充电，电容C1、C2滤波。D1是防止太阳能电池板被蓄电池反充电的保护太阳能电池板。电位器R1是用来调节LM393A的反向端电压，调节太阳能草坪灯的开关灯时间，当白天太阳能电池板BT1有太阳光照射时，两端的电压升高，通过R1分压，使LM393A芯片反向端二脚的电压高于同相端三脚，LM393A从一脚输出低电平，使三极管Q1截至，51单片机U18051没有有上电。
当到夜晚太阳能电池板BT1两端的电压降低时，通过R1分压，使LM393A芯片反向端二脚的电压低于同相端三脚，LM393A从一脚输出高电平，三极管Q1导通，51单片机上电工作。
51单片机依次导通四路彩色LED，依次循环，直到白天时，51单片机掉电停止工作。
51单片机部分程序如下所示：
   void main()
        {
          init()；//初始化
          while(1)；
          }
         void timer0() interrupt 1
         {
          TH0=(65536—50000)/256；
          TLO=(65536—50000)%256；
          a++；
         if(a=60)
              { a=0；
          b=_crol_(b，1)；
          if(b=0x10)
          b=0x01；
          P2=b；
            }
4 结束语
目前，太阳能产业还处于起步阶段，还有很多问题有待解决。类似太阳能电池板的装换效率较低、太阳能电池板价格较高等问题都制约着太阳能产业的发展，但太阳能作为新型的绿色能源，在照明这个领域应用前景广阔。